4. 세포 신호전달 : 세포들 사이의 의사소통 기전

1. 세포의 신호전달

개체 - 기관 - 조직 - 세포로 이어진 고도로 조직화된 사회

가. 세포들의 의사소통 방법

 

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_signaling

1) 신호전달 물질(Signal molecule)

- 특수한 분자를 출력하여 특정한 세포가 반응하게 하는 물질

2) 수용체(Receptor)

- 신호전달물질을 받아들여 신호를 세포에 전달하는 곳

- 어떤 신호전달물진인지에 따라 세포의 반응이 다 다르다

3) 신경섬유(Neural fiber)

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Synapse

- 모든 생체 정보를 독점적으로 수집하고 해석하는 곳

- 우리의 행동을 결정하는 곳

- 전기식 신호전달을 한다.

- 시냅스(Synapse)를 통한 효율적인 신호전달을 한다.

나. 신호물질 및 신경전달물질

1) 단백질 / 펩타이드

- Insulin(혈당량 조절)

-  Epidermal growth factor(상피세포 성장촉진)

2) 스테로이드

- Steroide hormone(염증, 삼투압조절, 염증, 생식, 성징에 중요한 역할 및 호르몬도 수용함)

3) 지방산 유도체

- Prostaglandin(일련의 생리활성)

4) 작은 분자

- Acetylcholine

- amino acid

- nucleotide

5) 가스

: Nitric oxide(근육 이완 효소 활성화)

다. 수용체(Receptor)의 종류

* 도메인(domain) - 단백질의 각각의 영역 *

1) 세포막 수용체 단백질

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Receptor_(biochemistry)

- Extracellular domain

- transmembrane domain

- intracellular domain

2) 세포핵 수용체(Nuclear receptor) 단백질

세포 내부에 존재하여, 세포막을 통과할 수 있는 신호물질을 수용함

DNA와 결합하여 유전자 발현을 직접 조절할 수 있다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_receptor

- Ligand binding domain

- DNA binding domain

- Transcriptional regulation domain

라. 세포내부의 신호전달 경로

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Signal_transduction

신호물질을 받은 수용체가 케스테이드로 전달하여 신호전달 단백질을 활성화

1) 신호전달 단백질(Signaling proteins, cell signal transduction protein)

- 세포내부의 단백질을 활성화시키는 단백질

2) 삼차원 형태변화

- 세포내부에서 인식을 하여 단백질의 구조가 삼차원으로 변한다.

마. 단백질의 3차원 형태(Conformation) 결정

- 분자들 사이에 작용하는 비공유결합

- 아미노산의 서열에 따라 특정한 힘에 의해서 3차원 형태가 만들어지는 것

1) 수소결합(Hydrogen bond)

2) 정전기적 결합(Ionic bond)

3) 반데르발스 힘(Van der Waals force)

4) 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/G_protein-coupled_receptor

5) 리간드(Ligand)

- 수용체와 결합하면서 상호작용을 통해 비 공유결합을 형성하는 물질

- 리간드가 붙음으로 인해 신호전달 물질이 결합하여 세포가 수용체가 활성화 되었는지 확인할 수 있게 된다.

바. 세포 신호전달의 이펙터(Effector)

- 세포의 신호전달을 받아 실질적으로 일을 해야 하는 것들

1) 전사조절인자(Transcriptional regulator)

- 유전자 발현을 조절하는 인자

- 어느시점에서 어떤 유전자가 발현해야 되는지 결정하는 것

2) 대사관련 효소(Metabolic enzyme)

- 대사의 방향을 바꾸고 대사와 관련된 효소들을 활성화 시켜 변화시키는 효소

3) 세포골격계 조절인자(Cytoskeletal regulators)

- 세포의 모양, 운동성을 변화시킴

※ 세포 신호전달의 목적

1) 증식 및 분열 조절

2) 성장 조절

3) 분화 조절

4) 대사 조절

5) 사멸 조절

6) 이동 조절

세포는 수많은 의사소통을 통해서 다양하게 조절함

2. 거리에 따른 신호물질 전달방법에 따른 분류

가. Endocrine signaling(몸 전체) - 내분비 신호전달

- 신호를 보내는 세포와 신호를 받는 세포간의 거리가 먼 경우

- 혈관을 이용하는 방식으로 온몸에 신호를 보낼 수 있다.

- 대표적으로 인슐린(Insulin), 스테로이드 호르몬(Steroid hormone)

나. Paracrine signaling - 측분비 신호전달

- 자기세포 주변에서만 신호를 주고 받는 전달방법

- 세포와 세포끼리 직접적으로 신호를 주고 받는다.

- 대표적으로 EGF(Epidermal growth factor)

다. Synaptic transmission - 시냅스 신경전달

- 긴 신경다발관을 이용해 신호가 전달되는 방법

- 신호전달의 거리가 아주 가까이 있어 신호전달 효율이 높다.

- 효율이 높으니 빠르게 신호전달될 수 있다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Neurotransmission

라. Contact-mediated signaling - 직접신호 전달

- 세포와 세포가 맞닿아 신호를 전달하는 과정

- 대표적으로 델타 리간드(Delta-Notch)

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_signaling

마. Direct intercellular signaling(Gap junction)

- 세포끼리 직접적으로 통로(Channel)이 이어져 있어 신호를 주고 받는다

- 대표적으로 이온(ion), 2차 전달자(Second messenger)

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Connexon

3. 분자 스위치

가. 분자 스위치1 : 가역적인 단백질 인산화

- 외부에서 온 신호를 정지시킬 수 있게 만드는 장치

- 산이 단백질에 붙었다 떨어졌다 하면서 세포를 작동하게 할 수 있다.

나. 인산화 효소(Kinase)

-  ATP와 같은 고에너지 주개 분자의 인산기를 특정한 기질에 전달하는 인산화반응을 촉매하는 효소

- 작동을 정지시키기 위해서 탈인산화효소(Phosphatase)를 통해 작동을 중지시킨다.

- 세린(Serine), 트레오닌(Threonine), 타이로신(Tyrosine) 아미노산과 결합

다. GTP 결합 단백질

- 몸속의 뉴클리오타이드(Nucleotide)와 GDP가 강하게 결합되어 있는 것을 뻬어버리면서

GTP의 농도가 올라가면서 단백질이 활성화 된다.

- GEF(Guanosine nucleotide exchange factor) : GDP를 분리시키는 역할

- GAP(GTPase activating protein) : GDP를 붙게하는 역할

라. 세포신호전달 증폭기전(second messenger)

- 세포 외부에서 온 신호 전달이 세포 표면에 있는 수용체를 활성화시키고, 세포 내부로 신호를 전달하는 과정에서 신호를 증폭시키는 분자

- adenylyl cyclase(cAMP 합성효소)를 통해 증폭을 시키는 것이다.

출처 : https://slideplayer.com/slide/5743333/

4. 신호물질 수용체의 종류

가. 효소 연결 수용체(enzyme-linked receptor) - 세포막

- 수용체의 자체가 효소로 되어 있는 것

- 비활성 상태에서는 독립적으로 존재하다 신호전달물질이 결합을 하면 두개의 효소 연결 수용체가 결합을 하여 도메인이 활성화 된다.

출처 : http://membranereceptors.com/transduction-process/enzyme-linked-receptors/

나. G단백질 결합 수용체(G-protein-coupled receptor) - 세포막

- 세포막을 7번관통하여 내부에 돌출된 모데인이 있다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/G_protein-coupled_receptor

다. 이온채널 수용체(ion Channel receptor) - 세포막

- 신경세포에서 많이 사용함

- 외부에서 온 신호 전달물질과 많이 결합을 함

 

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Ligand-gated_ion_channel

라. 세포핵 수용체(nuclear receptor)

- 세포막을 통해 들어온 스테로이드 호르몬 같은 세포 신호전달 물질과 결합한다.

 

출처 : https://www.semanticscholar.org/paper/Combinatorial-roles-of-nuclear-receptors-in-and-Glass-Ogawa/0db101af4202d89894288b1d3db6588b491d2788

5. 막 관통(Transmembrane)방식

가. 효소 연결 수용체(enzyme-linked receptor)

1) 인산화 효소(Kinase, 키네이즈)

- 신호전달과정을 인산화(phosphrylation)를 시킴으로 세포가 작동하게하는 아주 중요한 분자(molecule)

- 수용체(receptor)이면서 효소(kinase)

2) single-pass alpha-helix

- 외부에서 일어난 형태 변화가 내부로 전달되기 쉽지 않은 구조

- dimer라는 기전을 형성하여 내부의 효소를 활성화를 시키는 구조

3) 수용체 타이로신 인산화효소(Receptor tyrosine Kinase)

출처 : http://mct.aacrjournals.org/content/4/4/677

4) 인산화 효소의 단계적 연쇄반응(Kinase phosphorylation cascade)

- 한번에 반응이 일어나는 것이 아니라 순차적으로 분리가 일어난다.

- 각 과정이 세포에 의해서 통제가 가능하여 아주 정교한 신호전달이 이루어지고 있다.

나. G단백질 결합 수용체(G-protein-coupled receptor)

1) G단백질 연결수용체(GPCR)

- 신호전달물질이 GPCR에 붙으면 G-단백질이 알파, 베타로 분리

각 알파, 베타는 cAMP를 만들어 외부에서 온 신호를 증폭시켜 하부로 전달시킨다.

2) Protein Kinase A(PKA)

출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteinkinase_1.svg

- 복합체를 이루고 있는 PKA는 Regulatory subunit과 Catalytic subunit이 서로 잡고 억제를 하고 있는 과정에서 cAMP의 수치가 높아지면서 Catalytic subunit이 활성화된다.

- 대사관련 효소, 유전자 발현에 조절 등을 한다.

 

 

 

 

※ 혼자 공부한 것이니 정확한 정보가 아닙니다. ※

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